蛋白水解酶在婴幼儿织物清洁产品中的洗涤性能研究

徐碧初，孟庆华（通讯作者）

（1上海家化联合股份有限公司 上海 201702）

（2上海交通大学化学化工学院 上海 200240）

1 引言

衣物沾染污渍的途径很多，大致可分为直接接触式、非接触式和静电吸附式三类。直接接触式主要是指由固体或液体直接与服装接触所产生；非接触式是指由于气流的流动带动各种尘埃落压在服装上所产生；静电吸附式是指因服装穿着过程中摩擦产生静电荷，由静电对污渍产生吸附导致。服装沾染的污渍也主要以炭黑污渍、蛋白污渍及皮脂污渍为主。目前，传统的液体洗涤剂大都以表面活性剂为主要成分，表面活性剂独特的亲疏水结构赋予其一定的去污洗涤作用，同时含有少量的有机或无机助剂，具有低成本的优势，但对于一些顽固的大分子污渍，如血液、奶渍、皮脂等却很难清除干净。而在婴幼儿洗衣液中，皮肤刺激问题也尤为尖锐。婴儿的皮肤厚度只有成人的十分之一，婴儿抵御外界刺激的能力要大大弱于成人，若接触同样量的刺激物和毒性物，婴儿的反应要比成人强烈得多。同时，婴儿因免疫系统尚未完善，身体抵抗力弱，较容易出现皮肤过敏如红斑、丘疹等。而大量的阴离子表面活性剂，例如十二烷基苯磺酸钠（LAS）抗硬水能力较差，导致在洗涤中产生沉降[1]，是引起刺激的源头之一。综上所述，为了呵护婴幼儿娇弱肌肤，同时满足针对其特殊污渍的去除能力，找到一种能够兼顾两种需求的替代组分迫在眉睫。

蛋白水解酶是最重要的一种酶制剂，能催化蛋白质和多肽水解。它是从生物体细胞或组织中产生并提取出来的、经加工后仍制成具有催化活性的生物化学品，拥有较高的催化效率和底物特异性。底物分子与酶分子相碰时酶和底物能够配合起来，就像钥匙和锁一样；每一种酶都有一个特定的表面，以便和一种特殊的构型相结合，使酶具有高度的专一性（如图1）。蛋白水解酶已广泛应用于液体洗衣液[2]、纯化菜籽油[3]、制备氨基酸营养液[4]、制备活性多肽[5]、水产加工[6]和环保[7]等领域。

图1 酶与底物的结合与分解示意图Fig.1 The scheme of the combination and decomposition between the protease and the substrate

蛋白污渍是婴幼儿织物清洁中最常见的特殊污渍。基于这一特性，蛋白水解酶J可以有效地将以蛋白为主的各种有机污垢（尤其是于婴幼儿衣物污渍）分解为小分子化合物，然后再通过表面活性剂将其去除。相比传统液体清洗剂，添加酶制剂不仅可以有效提高去污效率，还可以降低洗涤温度、缩短洗涤时间，且在不影响去污力的前提下减少表面活性剂和磷酸盐的使用量，减轻对自然界的污染。本文主要针对去污力以及漂洗难易两点，针对蛋白水解酶洗衣液这款产品，进行不同温度、浓度及存放时间下的洗涤实验及泡沫测试，以此研究蛋白水解酶的添加对于婴幼儿洗衣液功效及使用感的帮助和影响，同时建立一套洗衣液开发测试机制。

2 实验部分

2.1 试剂与仪器

试剂：所用试剂均为分析纯或化学纯。蛋白水解酶J按照文献方法制备[8]。

仪器：立式去污测试机RHLQ-1型，分光测色计CM-700d，超级恒温水浴501型、罗氏泡沫仪

2.2 标准洗衣液和测试洗衣液的制备

按中华人民共和国轻工行业标准QB/T1224规定进行标准洗衣液（表1）和测试洗衣液（表2）的制备。配制应将各种成分依次加入一定量的水中，同时搅拌溶解（必要时加热），并用氢氧化钠调节溶液的pH值为8.5～9.0，补足水量即可。标准洗衣液配方编号为1。

表1 标准洗衣液的配方Table.1 The formula of the typical laundry detergent

在针对婴幼儿洗衣液的研究中，我们更倾向于采用非离子或低刺激的、对酶制剂影响较小的表面活性剂[9]作为配方主原料，所以此次实验也是遵循上述原则对现有基质配方进行筛选，从而确认的Base（见表2）。并在此Base基础上，添加不同浓度梯度的蛋白水解酶J制剂，以对比考察其去污力表现（见表3）。

表2 测试洗衣液Base的配方Table.2 The formula of the base laundry detergent

表3 测试洗衣液的配方Table.3 The formula of the test laundry detergents

2.3 去污性能测定

按中华人民共和国轻工行业标准QB/T1224中针对衣料用液体洗涤剂的测试规则进行蛋白污布的去污力测定，以其相对标准洗衣液的白度比值作为去污力数值。测量白度时光谱仪选择波长为460nm。

2.4 起泡性能测定

按中华人民共和国国家标准GB/T7462对测试洗衣液配方进行发泡力测定。

3 结果与讨论

3.1 浓度对蛋白水解酶去污力的影响

在30℃下对0～0.7%梯度的蛋白水解酶J添加量的配方进行去污力考察，发现其相对去污能力将随着蛋白水解酶J浓度的升高而有阶梯式增涨，但最终趋于一个平衡值（见图2）。这意义在于，在蛋白水解酶J洗衣液的配方开发中，除了成本因素、配伍性及稳定性以外，同时需要考虑到蛋白水解酶J在洗衣液中的投料效益。不难看出，事实上0.1%的蛋白水解酶J添加量下（3号测试洗衣液），洗衣液的去污率就已经得到了2.6倍的提升。

图2 不同含量对蛋白水解酶的洗衣液去污力的影响Fig.2 The effect of concentrations on the detergency of the protease

3.2 蛋白水解酶受温度的及与表面活性剂的竞争

作为蛋白水解酶本身的培养与筛选，均将人体温度附近温度作为去污活性最强的温度值，即：蛋白水解酶J活性随着温度的升高而增强，37℃附近时活性为最强点，而从此点继续升温后，酶的活性则会逐渐降低，到达55℃时蛋白水解酶J可能完全沉淀、失活。我们在10℃、30℃、37℃及50℃三个温度下，对不同蛋白水解酶J浓度对去污力影响进行考察（图3）。发现10℃与50℃下各蛋白水解酶J的去污活性确实较差，而去污活性最强的温度点则出现在30℃，而非文献所指37℃[10]。

图3 不同温度下不同含量蛋白水解酶J的洗衣液去污力Fig.3 The effect of temperatures on the detergency of the protease

对于最佳洗涤温度偏离蛋白水解酶J的最佳活性温度的这种差异性，我们认为这是蛋白水解酶J与洗衣液配方中含有的表面活性剂的竞争关系造成的，即：蛋白水解酶J与表面活性剂均由结合蛋白质底物（污物）的能力，但表面活性剂活性随温度的提升远快于蛋白水解酶J，则会导致在蛋白水解酶J还未与底物结合之前，就已经被表面活性剂带离了（图4）。而表面活性剂并没有对底物的分解能力，为可逆结合，可能又会将底物释放出来而导致去污不彻底。当然，也有文献报道蛋白水解酶与表面活性剂具有协同去污作用[11]。这一重要问题的提出表明，在蛋白水解酶洗衣液产品的开发工作中，针对不同基质配方，对最佳洗涤温度和表面活性剂的多组分作用进行深入研究，是有其必要与实用意义的。

图4 洗衣液中蛋白水解酶与表面活性剂对底物结合的竞争关系Fig 4 The competitiveness between the protease and surfactant in the he laundry detergent

3.3 使用周期对蛋白水解酶在洗衣液去污力中的影响

蛋白水解酶的稳定性对于洗衣液的有效使用周期是个很重要的制约因素[12]。消费者用完一瓶正常体量的洗衣液，需要两个月左右的时间，故此次实验中设置的37℃恒温下进行稳定性考察八周，以模仿消费者在即将用尽该产品时洗衣液中蛋白水解酶J的活性情况。从结果中我们不难发现，各浓度点下蛋白水解酶J的失活程度不大且基本一致（见图5）。

图5 使用周期对蛋白水解酶在洗衣液去污力中的影响Fig.5 The effect of use cycles on the detergency of the protease

3.4 蛋白水解酶浓度对洗衣液的起泡能力的影响

起泡能力亦为洗衣液的重要洗涤性能。通过测定结果可以看到（图6），添加不同量的蛋白水解酶J测试配方的起消泡能力影响并不很大。换而言之，除了能提供卓越的清洁力以及自身安全天然的品质之外，蛋白水解酶J并不会改变产品的漂洗性能。

图6 不同含量蛋白水解酶的洗衣液起泡能力Fig.6 The effect of protease concentrations on the foamingproperties of the laundry detergent

4 结语

本文从洗涤温度和蛋白水解酶J浓度两个维度出发，对所开发的婴儿洗衣液配方进行配方安全性、蛋白污渍去除力以及易漂洗性进行测试评估。蛋白水解酶J来源天然环保，无刺激易降解，对于婴幼儿产品是理想选择，同时，蛋白水解酶J洗衣液在正常温度下即可发挥最佳去污能力，无需高温或长时间洗涤，是优秀的节能方案之一；蛋白水解酶J在在婴幼儿织物清洁产品的卓越表现，使其成为洗衣液的蓝海市场，因此，如何优化或量化蛋白水解酶J的提取技术，降低蛋白水解酶J的使用成本，也将成为配方开发中十分重要的一个关注方向。

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